《物体的浮沉条件及应用》教学设计

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  1教学目标
  1.1知识与能力目标
  (1)知道漂浮、悬浮、上浮、下沉、沉底等概念.
  (2)能够对漂浮、悬浮、上浮、下沉、沉底这五种情况进行受力分析.
  (3)能根据二力平衡条件和力与运动的关系描述物体的浮沉条件.
  (4)能根据物体的密度和液体的密度的关系描述物体的浮沉条件.
  (5)能通过改变物体所受的重力或浮力的大小,使物体在液体或气体中处于不同的浮沉状态.
  (6)知道轮船、潜水艇、气球和飞艇的工作原理.
  1.2过程与方法
  (1)通过观察和实验,学会用科学探究的方法研究物理问题.
  (2)学会从物理现象中归纳简单的物理规律.
  1.3情感、态度与价值观
  (1)通过主动参与学习活动,初步形成对自然现象的好奇心、对物理学习的兴趣和亲切感.
  (2)养成主动关注周围世界,乐于思考和想象,乐于交流的学习习惯.
  2教学重点与难点
  教学重点:对物体浮沉条件的探究,关键在于让学生理清物体浮沉条件的逻辑脉络.
  教学难点:由于物体浮沉条件的内容较多,并且对浮力应用的教学有着直接影响,对物体浮沉条件的理解应该作为教学难点之一;浮力应用于轮船、潜水艇的工作原理牵涉到对前面知识的综合运用,学生容易产生思维混乱,应作为本节的另一个难点.
  3教学策略
  方法策略:小组合作交流、自主探究法.
  媒体策略:PPT、视频、动画、学生小制作等.
  4教学仪器
  矿泉水瓶子、番茄酱、烧杯、小石块、乒乓球、谷物、橡皮泥、塑料袋、鸡蛋、盐、电吹风、烧杯.
  5教学过程
  5.1激发兴趣 引入新课
  师:今天老师为同学们表演一个魔术.让大家体验到非常不可思议的世界,首先呢,这个叫做什么?同学们知道吗?
  生:水.
  师:这是水,好.本来要请你们喝喝看这是不是真的水,但是不要喝,因为喝完就没有东西表演了,所以我先把它放在这里.除了水之外呢,这个东西可能各位常常见到,这个叫做?
  生:番茄酱.
  师:对,需要用到一些番茄酱.这个等会呢,你们可以拿回家蘸东西吃.需要用到番茄酱来表演的魔术,仔细看,第一步呢,我把这个番茄酱放进去,好,浮着,然后呢,把盖子盖紧.这样子呢,我就没有办法碰到里面的番茄酱,这个同学们同意吧?
  生:同意.
  师:接下来我要跟各位解释接下来要发生的不可思议的事件是什么呢,我要在这种情况之下,让里面的番茄酱移动.这个在魔术的现象里面,各位,请仔细看,……番茄酱……下去!
  生:动了耶!
  师:……上去!
  生:好听话哦!
  师:番茄酱为什么这么听话呢?这就是我们本节课要研究的内容:物体的浮沉条件
  (板书:物体的浮沉条件)
  设计意图这个魔术选自著名魔术师刘谦的近景魔术.这个原本普通的物理小实验,经过魔术师的改造,充满了神秘感,非常容易激发学生的兴趣,吸引学生的注意力,并由此引入本节课题.另外,这个魔术的原理恰好是潜水艇的原理,也为理解潜水艇的原理埋下很好的伏笔.
  5.2进行新课
  (1)五种状态:漂浮、悬浮、上浮、下沉、沉底.(图1)
  师:用手将乒乓球浸没水中,然后释放,注意观察在漏出水面前上升的过程,物体运动是怎样的?在这个过程中乒乓球受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:加速上升,受到重力和浮力,不是平衡力.
  师:请在图中画出.
  师:用手将小石块浸没水中,然后释放,注意观察碰底之前的下沉过程,物体运动是怎样的?在这个过程中乒乓球受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:加速下降,受到重力和浮力,不是平衡力.
  师:请在图中画出.
  师:一个物体浸没水中以后,如果处于静止状态,我们称作悬浮.物体悬浮时,受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:受到重力和浮力,是平衡力.
  师:请在图中画出.
  师:一个物体浸没水中以后,如果处于匀速直线运动状态,我们也称作悬浮.这时又受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:受到重力和浮力,是平衡力.
  师:物体上浮的最终结果是静止在液面处,此时称作漂浮.这时又受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:受到重力和浮力,是平衡力.
  师:物体下沉的最终结果是静止在容器底部,此时称作沉底.这时又受到哪几个力?是平衡力吗?
  生:受到重力、浮力和支持力,是平衡力.
  设计意图五种浮沉状态是浮力的基本问题,对物体进行受力分析是重要的能力,通过慢节奏的梳理,让学生认清概念,力的关系与状态之间的联系.
  (2)通过比较物体的重力与物体受到的浮力判断物体浮沉状态
  要求学生对上面的前三种情况进行归纳,如何判断物体的浮沉状态.
  师:观察前面三种情况的受力情况,同学们用自己的语言归纳一下:判断浸没物体的浮沉状态的基本思路.
  生:第一步,先画出受力示意图,第二步,比较重力和浮力的大小关系:当浮力大于重力时,上浮;当浮力等于重力时,悬浮;当浮力小于重力时,下沉.
  师:同学们总结的非常好.有一点要提醒同学们注意,这个规律,我们常常“逆向使用”,即从物体的浮沉状态出发来判断浮力与重力的大小关系.例如,当我们看见物体“上浮”,就可以直接得出它受到的浮力大于重力;当看见物体“悬浮”,就可以直接得出它受到的浮力等于重力;当看见物体“漂浮”,也可以直接得出它受到的浮力等于重力.请同学们做下面的练习.   练习1如图2所示,同一只鸡蛋先后放入甲、乙两杯盐水中,鸡蛋在甲杯处于漂浮状态,所受浮力为F甲,在乙杯处于悬浮状态,所受浮力为F乙.则F甲F乙.(填“>”、“<”、“=”)
  (板书)方法一:比较物体所受的重力G重和浮力F浮的关系.
  设计意图这里是本节的重点,通过学生归纳的方式得出结论,并且结合今后习题中的使用情况,提醒学生浮沉条件的“逆向使用”的问题,并结合上面的练习题提升学生对规律的运用能力.
  (3)通过比较液体密度与物体密度判断物体的浮沉状态
  师:通过这个练习可以看出,我们多了一种快速比较浮力和重力大小的方法.由于浸没在液体中物体,其排开液体的体积跟物体自身的体积相等,即(板书推理过程,后擦去),
  F浮VsG物ρ液gV排Vsρ物gV物ρ液Vsρ物因此,物体的浮沉情况也可以用物体的密度跟液体密度的大小关系来描述.请同学们说一说如何从密度的角度判断浮沉.
  生:浸没在液体中的物体,如果它的密度小于液体密度,则上浮;如果相等,则悬浮;如果它的密度大于液体密度,则下沉.
  师:很好.我们来做一个演示实验.
  演示实验:将新鲜的鸡蛋放入盛有清水的烧杯中,它会沉入杯底,有什么办法可以让它浮到水面上?等它浮到水面上后,还能让它再沉入杯底吗?
  (板书)方法二:比较液体的密度ρ液和物体的密度ρ物的关系.
  师:这个原理也是我们常常“逆向使用”的,即从物体的浮沉状态出发来判断液体密度和物体密度的大小关系.例如,当看见物体上浮或漂浮时,则液体密度大于物体密度;当看见物体悬浮时,液体密度等于物体密度.请同学们做下面的练习.
  练习2如图4所示,A、B、C三个实心物体放在水中,A漂浮,B悬浮,C沉底,则密度从小到大的顺序是.
  师:人们正是根据这个原理,在用盐水选种时,把漂浮的种子清除掉,保留下沉的饱满的种子.除此之外,物体的浮沉条件还有很多应用.下面我们首先介绍轮船.先来看一个演示实验.
  设计意图通过密度的比较判断浮沉状态也是本节的另一个重点,通过推导的方式帮助学生得出结论,同时提醒学生注意“逆向使用”的问题,并结合练习提升学生的运用能力.
  (4)物体浮沉条件的应用
  演示实验:橡皮泥的密度比水大,它在水中会下沉.怎样能让它漂浮在水面上,并能承载重物呢?对照物体的浮沉条件,我们是如何做到的呢?
  生:通过“空心”的办法增加了橡皮泥排开水的体积的最大值,即在重力不变的情况下,浮力有了可以增大的空间.当浮力等于橡皮泥的重力时,橡皮泥漂浮.当浮力增加到超过重力时,这超过的部分就可以用来承载“货物”(图5).
  (板书)二、浮沉条件的应用
  1.轮船——利用“空心”增加浮力
  师:下面介绍一个和轮船相关的参数——排水量,它是轮船装满水时排开水的质量.常用单位是顿.例如,一艘轮船的排水量是10000吨,表示此船满载时,货物质量和船身质量之和为10000吨.这个概念和前面的“排开水的体积”容易混淆,注意区别.
  师:现在我们来揭秘课前的魔术.表演魔术前要先做准备工作,拿一包番茄酱,第一步,拿出牙签或者用针在上面戳个洞,然后再吹点空气进去,好了,准备结束.接下来把它放到瓶子里,盖好瓶盖.那么怎样让它沉下去呢,方法非常简单,用你的大拇指在后面挤压这个瓶子就可以了(图6),当你放开的时候,番茄酱就会上浮.同学们想想这是为什么呢?
  生:当挤压这个瓶子的时候,会导致水压增大,这时一部分水从洞口进入番茄酱内,增加了番茄酱的重力,而此时浮力基本没变,重力大于浮力,番茄酱下沉.当放开时,那部分水又流了出来,重力减小,重力小于浮力,上浮.
  师:如果我们挤压的力度控制得好,能不能出现悬浮?
  生:能.
  师:找个同学试试.
  生:真的可以悬浮呀.(学生实验)
  师:番茄酱是靠改变自身重力来实现上浮、下沉、悬浮的,潜水艇也是利用这个原理.请同学们对照潜水艇的截面示意图说明它上浮、下潜的原理(图7).
  生:当向水舱充水时,潜水艇的重力增加,潜水艇就会下沉;当把水舱里的水排出时,潜水艇的重力减少,潜水艇就会上浮,当把重力和浮力调节得相等时,潜水艇就会悬浮或漂浮.
  (板书)2.潜水艇——改变自身重力实现浮沉
  师:下面请同学们讨论一下氢气球上浮的原因.
  生:气球里充的是密度小于空气的氢气,那么气球就可以飘在空中(图8).
  师:对,氢气易燃烧爆炸,为了安全,现在常常在气球内充氦气,氦气也是一种密度比空气小的气体.下面再请我们讨论一下热气球的升空原理.讨论之前,我们做个小实验.
  演示实验:取一个稍大的薄塑料袋,袋口用很细的铜丝框成一个圆口,开口向下,用电吹风吹热空气.放手后,塑料袋热气球便冉冉上升(图9).
  师:为什么袋子里的空气被加热后,热气球就可以浮起来?
  生:空气被加热后密度变小,所以热气球可以浮起来.
  师:对,飞艇也是利用密度比空气小的气体.
  (板书)3.气球、热气球、飞艇——利用“密度比空气小的气体”
  设计意图把物体的浮沉条件运用到实际的生产生活中,让学生理解轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理,其中强调运用浮沉条件来思考问题.并且在较难理解的潜水艇问题上,利用揭秘魔术的方式,激发学生的兴趣,延续了学生在课堂上的学习热情.
  (5)交流与小结
  师:学生讨论今天学到了哪些知识?
  学生发言,其它学生补充.
  设计意图通过轻松的讨论形式,归纳总结课堂所学,并感受学生的初步学习情况.
  6课后反思
  本节课借助一个精彩的魔术来引入,从五种浮沉状态入手,通过对物体进行受力分析,进而得出浮力与重力的大小关系与物体浮沉状态的联系,再通过推导的方式得出液体密度与物体密度的大小关系与物体浮沉状态的联系,并强调了规律的“逆向使用”,其次将规律用于理解轮船、潜水艇、气球、飞艇的工作原理,其中潜水艇的工作原理通过魔术揭秘的方式,达到了很好的教学效果.课程设计上思路清晰,层次分明.其中通过及时练习,来强化学生分析物理问题的能力.
  纵观全局,从初定的教学目标来看,教师都完成了教学任务.
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